【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高圧ガス（例えば加圧水蒸気）で低圧ガス（例えば低圧の燃料ガス）を昇圧しかつそれらのガスを混合する可変昇圧エゼクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のガスタービン発電装置の模式図である。このガスタービン発電装置は、圧縮機１、燃焼器２及びタービン３からなるガスタービン４と、ガスタービン４で駆動される電動機兼用発電機５と、燃料ガス（例えば都市ガス）を昇圧する燃料昇圧装置６（例えば電動機駆動のルーツブロア）とを備えている。
【０００３】
このような燃料ガスを燃料とするガスタービン発電装置の起動は、従来以下のように行っている。
（１）まず、電動機兼用発電機５を起動用電動機として用い、圧縮機１及びこれに連結されたタービン３を低速で回転駆動する。この際、回転速度は定格回転より低い起動可能な速度に設定する。
（２）次に、燃焼器２に燃料ガスを供給し、着火する。この際、燃料ガスはほとんど昇圧せず、元圧（約２．０ａｔａ）前後に設定する。また発生する燃焼ガスはタービン３に供給し、回転出力を発させる。
（３）次いで、燃料ガス量を増加し、ガスタービン４が電動機兼用発電機５の動力なしに自立運転できるようになった後、電動機兼用発電機５を遮断し無負荷にする。なお、ガスタービンの回転数の上昇と共に圧力比も高まるため、これに合わせて燃料昇圧装置６で燃料ガスを昇圧する。
（４）次に、燃料ガス量を更に増加し、ガスタービンの回転数（回転速度）を上昇させ、定格回転に達した後、定格運転に切り替える。定格運転では、定格回転数で燃料ガス量を制御し、要求電力に応じた電力を発電機５で発電し外部に取り出す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のガスタービン発電装置において、従来の燃料昇圧装置６（例えば電動機駆動のルーツブロア）は、故障しやすく、大型で高価である。そのため、ガスタービン発電システムの簡略化、低コスト化及び効率向上のために、これを水蒸気で駆動するエゼクタポンプに置き換えることが検討されている。
【０００５】
エゼクタポンプは、高圧ガスをノズルから吸引室内に噴出させ、随伴流として低圧ガスを吸引するポンプであり、高圧ガスとして加圧水蒸気、低圧ガスとして低圧の燃料ガスをそれぞれ用いることにより、加圧水蒸気で低圧の燃料ガスを昇圧しかつ加圧水蒸気と燃料ガスを混合してこれを燃焼器２に供給し、熱効率を高めかつ発電出力を増大することができる。
【０００６】
しかし、従来のエゼクタポンプは、従来の燃料昇圧装置６（例えば電動機駆動のルーツブロア）のように、ガスタービン発電装置の上述した起動工程や出力変動に対応して、所望の範囲で連続的に圧力調節できない問題点があった。また、昇圧して供給されるガスは混合ガスであり、混合ガス中の燃料ガスの比率を所望の安定燃焼範囲に維持するのが困難な問題点もあった。
【０００７】
すなわち従来のエゼクタポンプの場合、以下の問題点があった。
（１）従来の可変エゼクタポンプは、一次流体（高圧ガスＨ）または二次流体（低圧ガスＬ）の一方のみに関する可変機構を有している。
一次流体可変機構は、図５に例示するように、高圧ガスＨのノズルにニードル弁を有し、ニードル７を軸方向に動かしてノズル面積を変更するようになっている。
また、二次流体可変機構は、図示しない高圧ガスのノズルと混合管の軸間距離を変更させて、二次流体（低圧ガス）の流路にスロート（流路面積の最小部）を生成し、このスロートの面積が軸間距離に応じて変化するような形状にすることでノズル面積を変更するようになっている。
そのため、一次流体可変機構および二次流体可変機構のどちらの機構でも、高圧ガス又は低圧ガスの一方の流体しか流量変更ができず、両流体の流量を同時に変更する作動要求に対応できないため、流量変更によりガス組成が大きく変動し、混合ガス中の燃料ガスの比率を安定燃焼範囲に維持できなかった。
（２）また、一次流体可変機構および二次流体可変機構を併用した場合は、機構が複雑になるうえ、混合管軸間距離を変更する二次流体可変機構は圧損が大きく、エネルギーロスが大きい問題点があった。
【０００８】
本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高圧ガス（例えば加圧水蒸気）で低圧ガス（例えば低圧の燃料ガス）を昇圧しかつそれらのガスを混合することができ、所望の範囲で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができる可変昇圧エゼクタを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、相対的に低圧の低圧ガスＬが供給される吸引室（１２）と、該吸引室内に相対的に高圧の高圧ガスＨを噴射する噴射ノズル（１４）と、低圧ガスと高圧ガスの混合ガスＭを下流に流す混合管（１６）とを備え、混合ガスＭを低圧ガスＬより高い圧力に昇圧しかつそれらを混合する可変昇圧エゼクタであって、前記噴射ノズル（１４）は、軸線方向に移動可能な可動ノズル（１５）を有し、該移動により、可動ノズルの内側に形成され低圧ガスＬを噴射する低圧スロートＳ１と、可動ノズルの外側に形成され高圧ガスＨを噴射する高圧スロートＳ２の面積がそれぞれ連続的に変化するように形成されている、ことを特徴とする可変昇圧エゼクタが提供される。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、高圧ガスＨを噴射ノズル（１４）から吸引室（１２）内に噴出させ、随伴流として低圧ガスＬを吸引し、混合ガスＭを下流の混合管（１６）に流すことにより、高圧ガス（例えば加圧水蒸気）で低圧ガス（例えば低圧の燃料ガス）を昇圧しかつそれらのガスを混合することができる。従ってこれをガスタービン発電装置に適用して、加圧水蒸気で低圧の燃料ガスを昇圧しかつ加圧水蒸気と燃料ガスを混合してこれを燃焼器に供給し、熱効率を高めかつ発電出力を増大することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、可動ノズル（１５）の移動により、低圧ガスＬを噴射する低圧スロートＳ１と、高圧ガスＨを噴射する高圧スロートＳ２の面積がそれぞれ連続的に変化するので、低圧スロートＳ１と高圧スロートＳ２の面積変化により、所望の範囲で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができる。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記噴射ノズル（１４）は、前記可動ノズル（１５）の内側に位置しその間に低圧スロートＳ１を構成する固定ニードル（１４ａ）と、可動ノズル（１５）の外側に位置しその間に高圧スロートＳ２を形成する固定ノズル（１４ｂ）とを備える。
【００１３】
この構成により、可動ノズル（１５）の内外面、及び／又は、固定ニードル（１４ａ）の外面と固定ノズル（１４ｂ）の内面の形状を、適切に設定するだけで、可動ノズルの移動量に対応して任意の流量（すなわちスロート面積変化）を実現できる。従って、簡易な構造で一次、二次流体の双方を可変にする機構を実現できる。
【００１４】
また、前記固定ノズル（１４ｂ）と吸引室（１２）との間に、固定ノズル（１４ｂ）を囲みその間から低圧ガスＬを混合管（１６）に流す第３のスロートＳ３を有する。
【００１５】
この第３のスロートＳ３を設けることにより、低圧ガスＬの供給量を増大させ、所望の範囲（例えばガスタービン発電装置に必要な範囲）で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができる。
【００１６】
さらに、前記低圧スロートＳ１及び高圧スロートＳ２の内面形状は、前記可動ノズル（１５）のアイドル位置から定格点位置までの移動により、ガスタービン発電装置の起動時から定格運転時までに対応した圧力に混合ガスＭを昇圧し、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持するように形成されている。
【００１７】
この構成により、可動ノズル（１５）をアイドル位置から定格点位置まで移動させることにより、ガスタービン発電装置の起動時から定格運転時までに対応させることができ、ガスタービン発電装置への適用がより容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明による可変昇圧エゼクタの構成図である。この図で、（Ａ）は、ガスタービン発電装置へ適用する場合の定格時、（Ｂ）はそのアイドル時を示している。
【００２０】
本発明の可変昇圧エゼクタ１０は、吸引室１２、噴射ノズル１４及び混合管１６を備える。
【００２１】
吸引室１２は、下流側のみが混合管１６に連通した中空の気密室であり、相対的に低圧の低圧ガスＬ（例えば、２．０ａｔａ前後の都市ガス）が外部から供給される。噴射ノズル１４は、吸引室１２内に相対的に高圧の高圧ガスＨ（例えば、４．０ａｔａ以上の加圧水蒸気）を噴射する。混合管１６は、低圧ガスと高圧ガスの混合ガスＭを下流に流し、例えばガスタービン発電装置の燃焼器に供給する。
この構成により、本発明の可変昇圧エゼクタ１０は、混合ガスＭを低圧ガスＬより高い圧力に昇圧しかつそれらを混合するようになっている。
【００２２】
噴射ノズル１４は、軸線方向に移動可能な可動ノズル１５を有する。この可動ノズル１５は、吸引室１２の外側に位置する連動部材１７にシール１８ａを介して気密に連結され、さらに連動部材１７は図示しない駆動装置（例えば電動シリンダ）により、軸線方向に移動できるようになっている。
【００２３】
噴射ノズル１４は、更に、可動ノズル１５の内側に位置しその間に低圧スロートＳ１を構成する固定ニードル１４ａと、可動ノズル１５の外側に位置しその間に高圧スロートＳ２を形成する固定ノズル１４ｂとを備える。
固定ニードル１４ａと固定ノズル１４ｂはそれぞれ、吸引室１２の内部に固定されている。また、可動ノズル１５と固定ノズル１４ｂとの間には、シール１８ｂが設けられ、可動ノズル１５の移動時にその間を気密に保持するようになっている。
【００２４】
固定ニードル１４ａと可動ノズル１５の間には、低圧ガスＬが常に供給され、低圧スロートＳ１から低圧ガスＬを混合管１６に噴射するようになっている。また、固定ノズル１４ｂと可動ノズル１５の間には、高圧ガスＨが外部から供給され、高圧スロートＳ２から高圧ガスＨを混合管１６に噴射するようになっている。
【００２５】
さらに本発明では、低圧スロートＳ１及び高圧スロートＳ２の内面形状は、可動ノズル１５の軸方向移動により、それぞれの面積が連続的に変化するように形成されている。
【００２６】
すなわち、この例では、低圧スロートＳ１及び高圧スロートＳ２の内面形状は、可動ノズル１５のアイドル位置（図１Ｂ）から定格点位置（図１Ａ）までの移動により、ガスタービン発電装置の起動時から定格運転時までに対応した圧力に混合ガスＭを昇圧し、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持するように形成されている。
なお、固定ニードル１４ａ、可動ノズル１５及び固定ノズル１４ｂは、同心円であるのが好ましいが、本発明はこれに限定されず、その他の形状であってもよい。
【００２７】
上述した本発明の構成によれば、高圧ガスＨを噴射ノズル１４から吸引室１２内に噴出させ、随伴流として低圧ガスＬを吸引し、混合ガスＭを下流の混合管１６に流すことにより、高圧ガス（例えば加圧水蒸気）で低圧ガス（例えば低圧の燃料ガス）を昇圧しかつそれらのガスを混合することができる。従ってこれをガスタービン発電装置に適用して、加圧水蒸気で低圧の燃料ガスを昇圧しかつ加圧水蒸気と燃料ガスを混合してこれを燃焼器に供給し、熱効率を高めかつ発電出力を増大することができる。
【００２８】
また、可動ノズル１５の移動により、低圧ガスＬを噴射する低圧スロートＳ１と、高圧ガスＨを噴射する高圧スロートＳ２の面積がそれぞれ連続的に変化するので、低圧スロートＳ１と高圧スロートＳ２の面積変化により、所望の範囲で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができる。
【００２９】
さらに、可動ノズル１５の内外面、及び／又は、固定ニードル１４ａの外面と固定ノズル１４ｂの内面の形状を、適切に設定するだけで、可動ノズルの移動量に対応して任意の流量（すなわちスロート面積変化）を実現できる。従って、簡易な構造で一次、二次流体の双方を可変にする機構を実現できる。
【００３０】
また、本発明の可変昇圧エゼクタ１０は更に、固定ノズル１４ｂと吸引室１２との間に、固定ノズル１４ｂを囲みその間から低圧ガスＬを混合管１６に流す第３のスロートＳ３を有し、低圧ガスＬの供給量を増大させ、所望の範囲（例えばガスタービン発電装置に必要な範囲）で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができるようになっている。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の可変昇圧エゼクタ１０をガスタービン発電装置に適用した場合の実施例を説明する。
【００３２】
図２は、本発明の可変昇圧エゼクタの作動特性図である。この図において、横軸はアクチュエータストローク、すなわち可動ノズル１５の軸方向移動量であり、縦軸は低圧スロートＳ１と高圧スロートＳ２の面積（ノズル面積）である。図中の燃料ノズル面積は低圧スロートＳ１の面積、蒸気ノズル面積は高圧スロートＳ２の面積に相当する。
【００３３】
この図から、可動ノズル１５の内外面、及び／又は、固定ニードル１４ａの外面と固定ノズル１４ｂの内面の形状を、適切に設定するだけで、可動ノズルの移動量に対応して任意の流量（すなわちスロート面積変化）を実現できることがわかる。
【００３４】
図３は、本発明の可変昇圧エゼクタをガスタービン発電装置に適用した場合の作動特性図である。この図において、横軸は昇圧比、縦軸はノズル面積の基準面積に対する比率と、蒸気圧力比及びノズル面積比である。なお図３の燃料ノズル面積は低圧スロートＳ１とスロートＳ３の合計面積である。
【００３５】
図２と図３の比較から、可動ノズルの移動量に対応して燃料ノズル面積と蒸気ノズル面積が連続的に変化し、これに対応して、昇圧比および蒸気圧力比を連続的に変化させることができることがわかる。
【００３６】
なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した実施例では、ガスタービン発電装置に適用した場合について詳述したが、本発明はこれに限定されず、その他の用途にも適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように、本発明の可変昇圧エゼクタは、ニードルまたはそれに類する固体センターボディ（固定ニードル１４ａ）を有し、一次、二次流体の隔壁（可動ノズル１５）を可動弁として利用することで、この隔壁を動かす１つのアクチュエータで双方の流路面積を可変にできる。また、この隔壁（可動ノズル１５）の内外面を適当な形状にすることで任意の流量を実現できる。
すなわちセンターボディ（固定ニードル１４ａ）とそれを取り巻く複数の環状流路（スロートＳ１、Ｓ２、Ｓ３）で構成されたエゼクタノズルにおいて、隣接する環状流路の隔壁（可動ノズル１５）の断面形状（内周半径および外周半径）を軸方向に任意に設定できるので、内外の環状流路断面積も変更できる。
【００３８】
従って、本発明の可変昇圧エゼクタは、高圧ガス（例えば加圧水蒸気）で低圧ガス（例えば低圧の燃料ガス）を昇圧しかつそれらのガスを混合することができ、所望の範囲で連続的に圧力調節でき、かつ混合ガスのガス比率を所望の範囲に維持することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変昇圧エゼクタの構成図である。
【図２】本発明の可変昇圧エゼクタの作動特性図である。
【図３】本発明の可変昇圧エゼクタをガスタービン発電装置に適用した場合の作動特性図である。
【図４】従来のガスタービン発電装置の模式図である。
【図５】従来の可変エゼクタの構成図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 燃焼器、３ タービン、
４ ガスタービン、５ 発電機（電動機兼用発電機）、
６ 燃料昇圧装置、７ ニードル、
１０ 可変昇圧エゼクタ、１２ 吸引室、
１４ 噴射ノズル、１４ａ 固定ニードル、
１４ｂ 固定ノズル、１５ 可動ノズル、
１６ 混合管、[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable pressure ejector that pressurizes a low pressure gas (for example, low pressure fuel gas) with a high pressure gas (for example, pressurized steam) and mixes those gases.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a schematic view of a conventional gas turbine power generator. This gas turbine power generator includes a gas turbine 4 including a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3, a motor / generator 5 driven by the gas turbine 4, and a fuel pressurizer for pressurizing a fuel gas (for example, city gas). Device 6 (for example, a motor-driven roots blower).
[0003]
Conventionally, such a gas turbine generator using fuel gas as a fuel has been started as follows.
(1) First, the compressor 1 and the turbine 3 connected to the compressor 1 are rotationally driven at a low speed using the motor / generator 5 as a starting motor. At this time, the rotation speed is set to a startable speed lower than the rated rotation.
(2) Next, the fuel gas is supplied to the combustor 2 and ignited. At this time, the pressure of the fuel gas is hardly increased, and is set at about the original pressure (about 2.0 ata). The generated combustion gas is supplied to the turbine 3 to generate a rotation output.
(3) Next, after the fuel gas amount is increased and the gas turbine 4 can operate independently without the power of the electric motor / generator 5, the electric motor / generator 5 is cut off to make no load. Since the pressure ratio increases as the number of revolutions of the gas turbine increases, the fuel gas is pressurized by the fuel pressurizing device 6 accordingly.
(4) Next, the fuel gas amount is further increased, the rotation speed (rotation speed) of the gas turbine is increased, and after reaching the rated rotation, the operation is switched to the rated operation. In the rated operation, the amount of fuel gas is controlled at the rated number of revolutions, and power corresponding to the required power is generated by the generator 5 and taken out.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional gas turbine power generator described above, the conventional fuel booster 6 (for example, a roots blower driven by an electric motor) is apt to break down, and is large and expensive. Therefore, in order to simplify the gas turbine power generation system, reduce the cost, and improve the efficiency, it is being studied to replace the gas turbine power generation system with an ejector pump driven by steam.
[0005]
The ejector pump is a pump that ejects a high-pressure gas from a nozzle into a suction chamber and sucks a low-pressure gas as an accompanying flow.The pressurized steam is used as a high-pressure gas, and a low-pressure fuel gas is used as a low-pressure gas. The fuel gas is pressurized, and the pressurized steam and the fuel gas are mixed and supplied to the combustor 2, thereby increasing the thermal efficiency and increasing the power generation output.
[0006]
However, the conventional ejector pump, like the conventional fuel booster 6 (for example, a roots blower driven by an electric motor), continuously adjusts the pressure within a desired range in response to the above-described start-up process and output fluctuation of the gas turbine generator. There was a problem that could not be adjusted. Further, the gas supplied at a high pressure is a mixed gas, and there is a problem that it is difficult to maintain the ratio of the fuel gas in the mixed gas in a desired stable combustion range.
[0007]
That is, the conventional ejector pump has the following problems.
(1) A conventional variable ejector pump has a variable mechanism for only one of a primary fluid (high-pressure gas H) and a secondary fluid (low-pressure gas L).
As illustrated in FIG. 5, the primary fluid variable mechanism has a needle valve at the nozzle of the high-pressure gas H, and changes the nozzle area by moving the needle 7 in the axial direction.
Further, the secondary fluid variable mechanism generates a throat (minimum part of the flow path area) in the flow path of the secondary fluid (low pressure gas) by changing the center distance between the high pressure gas nozzle (not shown) and the mixing pipe. The nozzle area is changed by forming the throat area such that the area of the throat changes according to the distance between the axes.
Therefore, in either of the primary fluid variable mechanism and the secondary fluid variable mechanism, only one of the high-pressure gas and the low-pressure gas can change the flow rate, and cannot cope with the operation request of simultaneously changing the flow rates of both fluids. The gas composition fluctuated greatly due to the change, and the ratio of the fuel gas in the mixed gas could not be maintained in a stable combustion range.
(2) When the primary fluid variable mechanism and the secondary fluid variable mechanism are used together, the mechanisms become complicated, and the secondary fluid variable mechanism for changing the distance between the mixing pipe axes has a large pressure loss and a large energy loss. There was a problem.
[0008]
The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to pressurize a low-pressure gas (for example, low-pressure fuel gas) with a high-pressure gas (for example, pressurized steam) and mix those gases, and to continuously adjust the pressure in a desired range; Another object of the present invention is to provide a variable pressurized ejector capable of maintaining a gas ratio of a mixed gas in a desired range.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a suction chamber (12) to which a relatively low-pressure low-pressure gas L is supplied, an injection nozzle (14) for jetting a relatively high-pressure high-pressure gas H into the suction chamber, and a low-pressure gas A mixing pipe (16) for flowing a mixed gas M of high-pressure gas downstream; a variable pressure ejector for raising the pressure of the mixed gas M to a pressure higher than that of the low-pressure gas L and mixing them; Has a movable nozzle (15) that can move in the axial direction, and by the movement, a low-pressure throat S1 formed inside the movable nozzle and injecting the low-pressure gas L, and a high-pressure gas H formed outside the movable nozzle are discharged. A variable booster ejector characterized in that the area of the high-pressure throat S2 to be injected is formed so as to continuously change, respectively.
[0010]
According to the configuration of the present invention, the high-pressure gas H is ejected from the injection nozzle (14) into the suction chamber (12), the low-pressure gas L is sucked as an accompanying flow, and the mixed gas M is supplied to the downstream mixing pipe (16). , The pressure of a low-pressure gas (for example, low-pressure fuel gas) can be increased by a high-pressure gas (for example, pressurized steam), and these gases can be mixed. Therefore, by applying this to a gas turbine power generator, pressurizing low-pressure fuel gas with pressurized steam, mixing the pressurized steam and fuel gas, and supplying this to a combustor, increasing thermal efficiency and increasing power generation output. Can be.
[0011]
Further, according to the present invention, the area of the low-pressure throat S1 for injecting the low-pressure gas L and the area of the high-pressure throat S2 for injecting the high-pressure gas H are continuously changed by the movement of the movable nozzle (15). By changing the area of S1 and the high-pressure throat S2, the pressure can be continuously adjusted in a desired range, and the gas ratio of the mixed gas can be maintained in a desired range.
[0012]
According to a preferred embodiment of the present invention, the injection nozzle (14) is located inside the movable nozzle (15) and constitutes a low-pressure throat S1 between the fixed needle (14a) and the movable nozzle (15). A fixed nozzle (14b) located outside and forming a high pressure throat S2 therebetween.
[0013]
According to this configuration, the shape of the inner and outer surfaces of the movable nozzle (15) and / or the outer surface of the fixed needle (14a) and the inner surface of the fixed nozzle (14b) can be set by appropriately setting the shape of the movable nozzle. Thus, an arbitrary flow rate (that is, a change in the throat area) can be realized. Therefore, a mechanism that can change both the primary fluid and the secondary fluid with a simple structure can be realized.
[0014]
Further, between the fixed nozzle (14b) and the suction chamber (12), there is provided a third throat S3 which surrounds the fixed nozzle (14b) and allows the low-pressure gas L to flow into the mixing pipe (16) therefrom.
[0015]
By providing the third throat S3, the supply amount of the low-pressure gas L can be increased, the pressure can be continuously adjusted in a desired range (for example, a range necessary for the gas turbine power generator), and the gas ratio of the mixed gas can be reduced. It can be maintained in a desired range.
[0016]
Further, the inner surface shapes of the low-pressure throat S1 and the high-pressure throat S2 are adjusted to a pressure corresponding to the time from the start of the gas turbine power generator to the rated operation by the movement of the movable nozzle (15) from the idle position to the rated point position. The pressure of the mixed gas M is increased, and the gas ratio of the mixed gas is maintained in a desired range.
[0017]
With this configuration, by moving the movable nozzle (15) from the idle position to the rated point position, it is possible to correspond from the start of the gas turbine generator to the rated operation, and the application to the gas turbine generator is more improved. It will be easier.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, common members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0019]
FIG. 1 is a configuration diagram of a variable booster ejector according to the present invention. In this figure, (A) shows the rated time when applied to the gas turbine power generator, and (B) shows the idling time.
[0020]
The variable pressure ejector 10 of the present invention includes a suction chamber 12, an injection nozzle 14, and a mixing pipe 16.
[0021]
The suction chamber 12 is a hollow airtight chamber that communicates only with the mixing pipe 16 on the downstream side, and a relatively low-pressure low-pressure gas L (for example, a city gas of about 2.0 ata) is supplied from the outside. The injection nozzle 14 injects a relatively high-pressure gas H (for example, pressurized steam of 4.0 ata or more) into the suction chamber 12. The mixing pipe 16 flows the mixed gas M of the low-pressure gas and the high-pressure gas downstream, and supplies the mixed gas M to, for example, a combustor of a gas turbine power generator.
With this configuration, the variable pressure ejector 10 of the present invention pressurizes the mixed gas M to a pressure higher than the low-pressure gas L and mixes them.
[0022]
The injection nozzle 14 has a movable nozzle 15 that can move in the axial direction. The movable nozzle 15 is airtightly connected to an interlocking member 17 located outside the suction chamber 12 via a seal 18a, and the interlocking member 17 can be moved in the axial direction by a driving device (for example, an electric cylinder) not shown. It has become.
[0023]
The injection nozzle 14 further includes a fixed needle 14a located inside the movable nozzle 15 and defining the low-pressure throat S1 therebetween, and a fixed nozzle 14b located outside the movable nozzle 15 and defining a high-pressure throat S2 therebetween. .
The fixed needle 14a and the fixed nozzle 14b are fixed inside the suction chamber 12, respectively. Further, a seal 18b is provided between the movable nozzle 15 and the fixed nozzle 14b, so that the space therebetween is kept airtight when the movable nozzle 15 moves.
[0024]
The low-pressure gas L is always supplied between the fixed needle 14a and the movable nozzle 15, and the low-pressure gas L is injected from the low-pressure throat S1 to the mixing pipe 16. Further, between the fixed nozzle 14b and the movable nozzle 15, the high-pressure gas H is supplied from the outside, and the high-pressure gas H is injected into the mixing pipe 16 from the high-pressure throat S2.
[0025]
Further, in the present invention, the inner surface shapes of the low-pressure throat S1 and the high-pressure throat S2 are formed such that the respective areas change continuously as the movable nozzle 15 moves in the axial direction.
[0026]
That is, in this example, the inner surface shapes of the low pressure throat S1 and the high pressure throat S2 are rated from the start of the gas turbine power generation device by the movement of the movable nozzle 15 from the idle position (FIG. 1B) to the rated point position (FIG. 1A). The mixed gas M is pressurized to a pressure corresponding to the time of the operation, and the gas ratio of the mixed gas is maintained in a desired range.
The fixed needle 14a, the movable nozzle 15, and the fixed nozzle 14b are preferably concentric circles, but the present invention is not limited to this, and may have other shapes.
[0027]
According to the configuration of the present invention described above, the high-pressure gas H is ejected from the injection nozzle 14 into the suction chamber 12, the low-pressure gas L is sucked as an accompanying flow, and the mixed gas M is caused to flow to the downstream mixing pipe 16. A high pressure gas (eg, pressurized steam) can pressurize a low pressure gas (eg, a low pressure fuel gas) and mix the gases. Therefore, by applying this to a gas turbine power generator, pressurizing low-pressure fuel gas with pressurized steam, mixing the pressurized steam and fuel gas, and supplying this to a combustor, increasing thermal efficiency and increasing power generation output. Can be.
[0028]
Further, since the area of the low-pressure throat S1 for injecting the low-pressure gas L and the area of the high-pressure throat S2 for injecting the high-pressure gas H change continuously by the movement of the movable nozzle 15, the area change of the low-pressure throat S1 and the high-pressure throat S2. Thereby, the pressure can be continuously adjusted in a desired range, and the gas ratio of the mixed gas can be maintained in a desired range.
[0029]
Furthermore, by merely appropriately setting the shapes of the inner and outer surfaces of the movable nozzle 15 and / or the outer surface of the fixed needle 14a and the inner surface of the fixed nozzle 14b, an arbitrary flow rate (ie, throat) corresponding to the amount of movement of the movable nozzle Area change) can be realized. Therefore, a mechanism that can change both the primary fluid and the secondary fluid with a simple structure can be realized.
[0030]
Further, the variable pressure ejector 10 of the present invention further includes a third throat S3 between the fixed nozzle 14b and the suction chamber 12, which surrounds the fixed nozzle 14b and allows the low-pressure gas L to flow through the mixing pipe 16 therefrom. The supply amount of the gas L can be increased, the pressure can be continuously adjusted within a desired range (for example, a range required for a gas turbine power generator), and the gas ratio of the mixed gas can be maintained within a desired range. ing.
[0031]
【Example】
Hereinafter, an embodiment in which the variable booster ejector 10 of the present invention is applied to a gas turbine power generator will be described.
[0032]
FIG. 2 is an operation characteristic diagram of the variable booster ejector of the present invention. In this figure, the horizontal axis is the actuator stroke, that is, the axial movement amount of the movable nozzle 15, and the vertical axis is the area (nozzle area) of the low-pressure throat S1 and the high-pressure throat S2. The fuel nozzle area in the figure corresponds to the area of the low pressure throat S1, and the steam nozzle area corresponds to the area of the high pressure throat S2.
[0033]
From this figure, it is possible to set an arbitrary flow rate (corresponding to the moving amount of the movable nozzle) only by appropriately setting the shapes of the inner and outer surfaces of the movable nozzle 15 and / or the outer surface of the fixed needle 14a and the inner surface of the fixed nozzle 14b. That is, it can be seen that the throat area change can be realized.
[0034]
FIG. 3 is an operation characteristic diagram when the variable booster ejector of the present invention is applied to a gas turbine power generator. In this figure, the horizontal axis represents the pressure increase ratio, and the vertical axis represents the ratio of the nozzle area to the reference area, the steam pressure ratio, and the nozzle area ratio. The fuel nozzle area in FIG. 3 is the total area of the low pressure throat S1 and the throat S3.
[0035]
From the comparison between FIG. 2 and FIG. 3, the fuel nozzle area and the steam nozzle area continuously change according to the amount of movement of the movable nozzle, and the boosting ratio and the steam pressure ratio are continuously changed accordingly. We can see that we can do it.
[0036]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a gas turbine power generator is described in detail. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other uses.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the variable pressurized ejector of the present invention has a needle or a solid center body similar thereto (fixed needle 14a), and utilizes a partition wall of the primary and secondary fluids (movable nozzle 15) as a movable valve. One flow path area can be varied by one actuator that moves the partition. An arbitrary flow rate can be realized by forming the inner and outer surfaces of the partition (movable nozzle 15) into appropriate shapes.
That is, in an ejector nozzle composed of a center body (fixed needle 14a) and a plurality of annular flow paths (throats S1, S2, S3) surrounding the center body, the cross-sectional shape of the partition (movable nozzle 15) of the adjacent annular flow path (Circumferential radius and outer peripheral radius) can be arbitrarily set in the axial direction, so that the inner and outer annular flow path cross-sectional areas can be changed.
[0038]
Therefore, the variable pressure ejector of the present invention can pressurize a low-pressure gas (for example, low-pressure fuel gas) with a high-pressure gas (for example, pressurized steam) and mix those gases, and continuously adjust the pressure in a desired range. And has an excellent effect that the gas ratio of the mixed gas can be maintained in a desired range.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a variable booster ejector according to the present invention.
FIG. 2 is an operation characteristic diagram of the variable booster ejector of the present invention.
FIG. 3 is an operation characteristic diagram when the variable booster ejector of the present invention is applied to a gas turbine power generator.
FIG. 4 is a schematic view of a conventional gas turbine power generator.
FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional variable ejector.
[Explanation of symbols]
1 compressor, 2 combustor, 3 turbine,
4 gas turbine, 5 generator (motor / generator),
6 fuel booster, 7 needle,
10 variable booster ejector, 12 suction chamber,
14 injection nozzle, 14a fixed needle,
14b fixed nozzle, 15 movable nozzle,
16 mixing tubes,
